Luego de la defensa virtual de la tesis “Simulaciones computacionales de colorantes sensibles al voltaje (CSV) insertos en membranas biológicas modelo”, Micaela Sosa se convirtió en la primera egresada de la UNCUYO en situación de Cuarentena. A través de la plataforma Zoom, la estudiante de la Licenciatura en Química de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales pudo respetar las medidas de aislamiento adoptadas por decreto a nivel nacional ante el avance del COVID-19 y aprobar el Seminario de Investigación, necesario para la obtención de su título. 

Debido a las circunstancias particulares del aislamiento social preventivo, las autoridades de la Facultad decidieron, junto con los participantes de esta defensa, concretar esta instancia de evaluación de manera virtual utilizando la plataforma Zoom. Para ello se contó con la participación virtual de la estudiante; de Vanesa Galassi, directora del proyecto; y de Mario Del Pópolo, codirector. La mesa examinadora estuvo conformada por Rafael Fernández, Luis Mayorga y, también, por Galassi.

Esta graduación constituye una evidencia de los esfuerzos institucionales de la FCEN y de la Universidad, para continuar con el dictado de clases,  responder a la coyuntura y garantizar el derecho a la educación de toda la comunidad académica.

Sobre la tesis

La creciente incidencia de enfermedades neurodegenerativas, tanto como el interés científico en determinar potencial eléctrico en membranas modelo, motiva la necesidad de contar con métodos de diagnóstico para la determinación de actividad eléctrica de membranas a nivel fisiológico e in vitro, con mayor resolución espacio-temporal de la que presentan los métodos de medición convencionales, los electrofisiológicos. Los métodos ópticos suplen estas necesidades. Estas técnicas se basan principalmente en el uso de colorantes sensibles al voltaje (CSVs) extrínsecos para medir el potencial transmembrana. Sin embargo, su aplicación está limitada por la sensibilidad y velocidad de respuesta de estas moléculas.

El colorante indocianina verde (ICG, por sus siglas en inglés), cuya estructura molecular se esquematiza en la Figura 1C, es una tricarbocianina fluorescente, molécula anfifílica, que presenta características que lo hacen ser un colorante promisorio para medir potenciales de acción en membranas biológicas. Se destaca porque además de tener reportada una sensibilidad al voltaje (la Figura 1B muestra el mecanismo dominante responsable de la sensibilidad al voltaje) y de ser apto para el uso humano, presenta sus principales transiciones electrónicas en el espectro infrarrojo, por lo que puede usarse irradiando y detectando a través de la piel, siendo mucho menos invasivo que cualquier CSV conocido.

Los objetivos de este trabajo fueron llevar a cabo simulaciones computacionales de dinámica molecular de un sistema compuesto por dos bicapas lipídicas, dos compartimientos acuosos y el colorante ICG a los fines de determinar las propiedades fisicoquímicas (entre ellas, energía libre de partición Figura 1A, localización de equilibrio, orientación, variación conformacional y espectro de absorción) que subyacen a la respuesta óptica diferencial de ICG frente a los cambios en el potencial de membrana. Para ello, se abordó el modelado, construcción y análisis del colorante sensible al voltaje, ICG, en dos sistemas con diferente polarización y se calcularon tales propiedades para ambos sistemas. Finalmente se buscó deconvulcionar las contribuciones configuracionales del efecto electrocrómico en la respuesta óptica a fines de estudiar el mecanismo de respuesta.

Los resultados obtenidos fueron llevados a cabo mediante simulaciones de dinámica molecular realizadas en el cluster Toko de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UNCUYO.  A partir de los resultados, se pudo caracterizar que el campo eléctrico modula la partición de ICG en membranas con distinto grado de polarización. La polarización de la membrana aumenta la afinidad del ICG, y estimula una mayor penetración del colorante en la interfase. La orientación del colorante respecto del plano de la membrana en la localización más favorable energéticamente es levemente diferente alrededor de 10°, entre los sistemas estudiados, indicando que el campo eléctrico en el sistema 1,7V actúa sobre el momento dipolar de la molécula y provoca un torque que cambia su orientación.

Las simulaciones computacionales y el análisis configuracional obtenido permitieron calcular a un costo razonable los espectros de absorción de ICG en membranas con diferente estado de polarización. Se obtuvo que el sistema polarizado presenta un corrimiento batocrómico de aproximadamente 20 nm en acuerdo con el dato experimental. Por lo tanto, en términos de la capacidad de este cromóforo de sensar campo eléctrico y presentar diferencias en sus propiedades ópticas, se validó el enfoque teórico usado. Si bien las longitudes de onda máximas de absorción para los espectros obtenidos no reproducen los valores experimentales se proyecta llevar a cabo una calibración para optimizar el método de cálculo elegido (funcional y base) a utilizar ya que la longitud de onda absoluta del espectro es muy dependiente del método de cálculo electrónico utilizado.

Sin embargo, la observación de un corrimiento batocrómico en el espectro calculado en el orden del reportado experimentalmente, resultó muy alentador.

FICHA

Estudiante: Micaela Janet Sosa

Carrera: Licenciatura en Ciencias Básicas orientación en Química

Trabajo Especial de Seminario de Investigación: Simulaciones computacionales de colorantes sensibles al voltaje (CSV) insertos en membranas biológicas modelo

Directora: Dra. Vanesa Galassi

Co-director: Dr. Mario Del Pópolo

Mesa Examinadora: Dra. Vanesa Galassi, Dr. Rafael Fernández, Dr. Luis Mayorga

Fecha: Viernes 3 de abril a las 09:00 hs

Medio: Defensa Virtual utilizando la aplicación Zoom.